OPERAT TECHNICZNY WYKONANIE PROJEKTÓW PLANÓW OCHRONY WIGIERSKIEGO PARKU NARODOWEGO I OBSZARU NATURA 2000 OSTOJA WIGIERSKA

Transkrypt

1 OPERAT TECHNICZNY WYKONANIE PROJEKTÓW PLANÓW OCHRONY WIGIERSKIEGO PARKU NARODOWEGO I OBSZARU NATURA 2000 OSTOJA WIGIERSKA ZADANIE NR 2 WYKONANIE ORTOFOTOMAPY I NUMERYCZNEGO MODELU TERENU WYKONAWCA: MGGP AERO SP. Z O.O TARNÓW Tarnów, dnia:

2 Spis treści 1. Sprawozdanie techniczne Zamawiający Wykonawca Podstawa prawna Obowiązujące normy prawne Obowiązujące instrukcje techniczne Wykonywał zespół Przedmiot zlecenia Termin realizacji Otrzymane materiały Prace przygotowawcze Lokalizacja obiektu Wykonanie cyfrowych zdjęć lotniczych Wymagania dotyczące lotu fotogrametrycznego Data wykonania nalotu Ogólna charakterystyka projektu (nalot fotogrametryczny) Wykaz użytego sprzętu i oprogramowania Plan lotu zdjęcia cyfrowe Kopia kart pracy fotolotniczej Raporty z wyrównania trajektorii DMCII Wykonanie lotniczego skaningu laserowego (ALS) LIDAR-em Wymagania dotyczące skaningu laserowego Data wykonania nalotu Ogólna charakterystyka projektu (nalot LIDAR) Wykaz użytego sprzętu i oprogramowania Plan lotu - skaning lotniczy Kopia kart pracy fotolotniczej Raporty z wyrównania trajektorii LiDAR Wyrównanie danych LiDAR Opis procesu Raporty z wyrównania danych LiDAR Raporty z wyrównania sytuacyjnego danych LiDAR Wykonanie numerycznego modelu tereny (NMT) Opracowanie chmury punktów LiDAR Opis procesu Wewnętrzne procedury oceny jakości procesu Generowanie NMT Opis procesu generowania NMT Opis procesu kontroli NMT Ocena dokładności Wykonanie numerycznego modelu pokrycia terenu (NMPT) Generowanie NMPT Opis procesu Wewnętrzne procedury oceny jakości... 50

3 6. Wykonanie ortofotomapy Fotopunkty Aerotriangulacja Opracowanie ortofotomapy Kontrola dokładności ortofotomapy - metryka... 54

4 1. Sprawozdanie techniczne 1.1 Zamawiający TAXUS SI Sp. z o. o. ul. Płomyka 56A Warszawa Reprezentowane przez: - Adama Koniecznego Prezesa Zarządu - Bogusława Popisa Wiceprezesa Zarządu 1.2 Wykonawca MGGP Aero Sp. z o. o. ul. Słowackiego 33-37, Tarnów reprezentowane przez: - Jacka Siedlika 1.3 Podstawa prawna Obowiązujące normy prawne 1. Ustawa z dnia 17 maja 1989 r. Prawo geodezyjne i kartograficzne (jednolity tekst Dz. U. z 2000 r. Nr 100, poz z późn. zm.), 2. Rozporządzenie Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa z dnia 16 lipca 2001 r. w sprawie zgłaszania prac geodezyjnych i kartograficznych, ewidencjonowania systemów i przechowywania kopii zabezpieczających bazy danych, a także ogólnych warunków umów o udostępnianie tych baz (Dz. U. Nr 78, poz 837) 3. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 17 maja

5 1999 r. w sprawie określenia rodzajów materiałów stanowiących państwowy zasób geodezyjny i kartograficzny, sposobu i trybu ich gromadzenia i wyłączania z zasobu oraz udostępniania zasobu (Dz. U. Nr 49, poz. 493) 4. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 24 marca 1999 r. w sprawie standardów technicznych dotyczących geodezji, kartografii oraz krajowego systemu informacji o terenie (Dz. U. Nr 30, poz. 297) 5. Ustawa z dnia r. o ochronie informacji niejawnych. (Dz. U. Nr 11 z dn ) 6. Rozporządzenie Rady ministrów z dn r. w sprawie państwowego systemu odniesień przestrzennych (Dz. U. Nr 70 poz. 821) Obowiązujące instrukcje techniczne 1. Instrukcja techniczna O-1/O-2 Ogólne zasady wykonywania prac geodezyjnych i kartograficznych, 2. Instrukcja techniczna O-3 Zasady kompletowania dokumentacji geodezyjnej i kartograficznej, 3. Instrukcja techniczna G-4 Pomiary sytuacyjne i wysokościowe, 4. Wytyczne techniczne G-1.8 Aerotriangulacja analityczna, 5. Wytyczne techniczne G Opracowanie dokumentacji wyjściowej do odnowienia ewidencji gruntów z zastosowaniem technologii fotogrametrycznej, 6. Wytyczne techniczne K-2.7 Zasady wykonywania prac fotolotniczych, 7. Wytyczne techniczne K-2.8 Zasady wykonywania ortofotomap w skali 1: Wykonywał zespół Fotooperator: Krzysztof Fuksa, Michał Sanocki Szef operacji lotniczych: Jerzy Kluczniak Pilot: Waldemar Kozioł Projekt nalotu: Paweł Dziechciarz

6 Opracowania fotogrametryczne: Maciej Sierka Opracowania LiDAR: Agnieszka Ptak, Karolina Korzeniowska 1.5 Przedmiot zlecenia Przedmiotem zamówienia jest wykonanie Numerycznego Modelu Terenu (NMT), Numerycznego Modelu Pokrycia Terenu (NMPT) na podstawie lotniczego skaningu laserowego wraz z opracowaniem chmury punktów oraz zdjęć lotniczych dla opracowania ortofotomapy dla Wigierskiego Parku Narodowego (zakres prac dla obszaru Parku i otuliny). 1.6 Termin realizacji III kwartał 2011 roku 1.7 Otrzymane materiały Specyfikacja Istotnych Warunków Zamówienia ze wskazanym zakresem i wytycznymi technicznymi dotyczącymi wykonania projektu. 1.8 Prace przygotowawcze Na podstawie otrzymanych materiałów dotyczących zakresu i warunków technicznych wykonano plan nalotu dla całego obiektu. Jednocześnie pozyskano informacje o niewystępowaniu na terenie objętym nalotem foto obiektów niejawnych (nr pisma z GUGiK 63/07/11 z dnia 19 lipca 2011 roku). Od tego momentu załoga była przygotowana do wykonania zdjęć. Następnie analizowano na bieżąco komunikaty meteorologiczne oraz notamy informujące o czasowych utrudnieniach i ograniczeniach w ruchu lotniczym

7 1.9 Lokalizacja obiektu

8 2. Wykonanie cyfrowych zdjęć lotniczych 2.1 Wymagania dotyczące lotu fotogrametrycznego Wielkość piksela 20cm Pokrycie podłużne 60% Pokrycie poprzeczne 30% Kanały RGB i CIR Format TIFF 2.2 Data wykonania nalotu Zdjęcia cyfrowe: r. oraz r. 2.3 Ogólna charakterystyka projektu (nalot fotogrametryczny) Nazwa projektu: Wigry Ilość lotów: 2 Wysokość lotu: 3286m Data nalotu: r., r. Stacje bazowe GPS: Suwałki Rozdzielczość terenowa GSD: 20cm Ilość zdjęć: 164

9 2.4 Wykaz użytego sprzętu i oprogramowania Sprzęt i oprogramowanie Piper Navajo / PA-31 / Intergraph DMC II 230 Z/I Inflight GrafNav Przeznaczenie wykonywanie nalotu cyfrowa kamera lotnicza wykonanie cyfrowych zdjęć lotniczych system nawigacji fotolotniczej Oprogramowanie do obliczenia trajektorii lotu i środków rzutów

10 2.5 Plan lotu zdjęcia cyfrowe

11 2.6 Kopia kart pracy fotolotniczej

12

13 2.7 Raporty z wyrównania trajektorii DMCII Raporty syntetyczne wraz z oceną dokładności sytuacyjnej i wysokościowej obliczonych trajektorii. Lot z dnia r.

14 Lot z dnia r.

15

16 3. Wykonanie lotniczego skaningu laserowego (ALS) LIDAR-em 3.1 Wymagania dotyczące skaningu laserowego Gęstość skanowania 4 punktów/m 2 Rejestracja echa rejestracja wszystkich odbić na etapie postprocessingu redukcja do siedmiu odbić 3.2 Data wykonania nalotu Skaning laserowy: r. oraz r. 3.3 Ogólna charakterystyka projektu (nalot LIDAR) Nazwa projektu: Wigry Ilość lotów: 2 Wysokość lotu: 950m Data nalotu: r., r. Stacje bazowe GPS: Suwałki Ilość bloków: 1 Układ odniesienia (poziomy): PUWG1992 Układ odniesienia (pionowy): Kronsztadt Dokładność opracowania: pozioma < 0.5m, pionowa < 0.15m

17 3.4 Wykaz użytego sprzętu i oprogramowania sprzęt/oprogramowanie Antonow AN-2 IGIplan Hasselblad 50 Mpix CCNS LiteMapper LMSQ680i AeroCONTROL AeroOFFICE Terra Scan Global Mapper przeznaczenie wykonywanie nalotu System do planowania lotu cyfrowa kamera lotnicza wykonanie zdjęć System nawigacyjny System skaningu laserowego (LIDAR) System (GPS/IMU) precyzyjnie określający położenie sensorów Oprogramowanie do obróbki danych pochodzących z systemu AeroCONTROL Archiwizacja i klasyfikacja chmury punktów. Generowanie NMT, NMPT Kontrola i korekta danych LiDAR

18 3.5 Plan lotu - skaning lotniczy

19 3.6 Kopia kart pracy fotolotniczej

20

21

22

23

24 3.7 Raporty z wyrównania trajektorii LiDAR Raporty syntetyczne wraz z oceną dokładności sytuacyjnej i wysokościowej obliczonych trajektorii. Lot z dnia r.

25

26 Lot z dnia r. (lot 1)

27 Wyrównanie GPS/INS

28 Lot z dnia r. (lot 2)

29 Wyrównanie GPS/INS

30 3.8 Wyrównanie danych LiDAR Opis procesu 1) Opis wykorzystania danych kalibracji skanera, stacji referencyjnych, rejestracji GPS/INS, itp. Do wyznaczenia wstępnej chmury punktów wykorzystuje się wyznaczone wartości kątów RPY pomiędzy skanerem a IMU (dane z kalibracji zestawu). Proces ten ma za zadanie zminimalizować wartość błędu systematycznego pozycji punktów na poszczególnych skanach oraz łatwiejsze przeszukiwanie skanów pod względem płaszczyzn wzajemnie jednoznacznych. Wspomniane wartości są wynikiem wyrównania bloku kalibracyjnego lub dowolnej grupy szeregów wzajemnie prostopadłych. 2) Opis wykorzystania w procesie wyrównania szeregów poprzecznych LIDAR Szeregi prostopadłe wykorzystywane są w procesie wzajemnego wpasowania szeregów. Obserwacje na szeregach poprzecznych (powierzchnie wiążące) pozwalają wyznaczyć wartości szczątkowe kątów RPY w relacji skaner IMU. Szeregi poprzeczne wraz z kilkoma równoległymi szeregami bloku umożliwiają również wyznaczenie wartości katów RPY (skaner IMU) w przypadku gdy dane te nie zostały wyznaczone na bloku kalibracyjnym. 3) Opis metodyki wyrównania szeregów w Bloku LIDAR Wpasowanie wzajemne szeregów LiDAR z wyznaczonymi wartościami kątów RPY (pole kalibracyjne) wraz z georeferencją chmury punktów. 1. Obliczenie wstępnej chmury punktów z uwzględnieniem kątów RPY. 2. Import powierzchni referencyjnych oraz wyznaczenie powierzchni wiążących (na podstawie jednoznacznych punktów chmury), 3. Wyznaczenie powierzchni wiążących pomiędzy skanami (automatic tie planes),

31 4. Wykonanie analizy odległości na podstawie powierzchni wiążących, 5. Wykonanie wyznaczenia wartości przesunięcia poszczególnych skanów w kierunkach East, North, Height metodą najmniejszych kwadratów. 6. Ponowne przeliczenie chmury punktów w oparciu o wyznaczone poprawki. 7. Kontrola wyrównania w oparciu o powierzchnie kontrolne. 4.) Opis metodyki wyznaczenia dokładności wysokościowej 1. Wprowadzenie poziomych powierzchni kontrolnych pomierzonych w terenie na gruncie. 2. Wyznaczenie powierzchni wiążących (powierzchnie na chmurze punktów odpowiadające powierzchniom kontrolnym). 3. Wyliczenie błędu (odchylenia standardowego) położenia powierzchni względem siebie. 5.) Opis metodyki wyznaczenia dokładności sytuacyjnej 1. Wprowadzenie skośnych powierzchni kontrolnych pomierzonych w terenie (dachy budynków). 2. Wyznaczenie powierzchni wiążących (powierzchnie na chmurze punktów odpowiadające powierzchniom kontrolnym). 3. Wyliczenie błędu (odchylenia standardowego) położenia powierzchni względem siebie. Wyznaczenie dokładności sytuacyjnej i wysokościowej jest to połączenie tych dwóch procesów wykorzystując zarówno powierzchnie płaskie (dokładność wysokościowa) jak i powierzchnie skośne (dokładność sytuacyjna).

32 Odchylenie standardowe ma postać: x i błąd położenia pojedynczej powierzchni - średni błąd położenia powierzchni n liczba powierzchni Wyrównanie Odchylenie standardowe sytuacyjne 0,0314 wysokościowe 0,0278 Sytuacyjne i wysokościowe 0,0502

33 3.8.2 Raporty z wyrównania danych LiDAR

34

35

36

37

38

39 Raporty z wyrównania sytuacyjnego danych LiDAR

40

41

42

43 3.8.4 Raporty z wyrównania wysokościowego danych LiDAR

44

45

46

47 4. Wykonanie numerycznego modelu tereny (NMT) 4.1 Opracowanie chmury punktów LiDAR Opis procesu Chmura punktów opracowana jest w formacie LASv1.2 Point Data Record Format 3 Klasyfikacja chmury punktów zawiera się w trzech etapach automatycznym, manualnym i semi-automatycznym. Chmura punktów jest wstępnie automatycznie klasyfikowana na podstawie wewnętrznych algorytmów stosowanego oprogramowania oraz odpowiednio dobranych parametrów. Wszelkie formy filtracji będą przeprowadzane na podstawie doboru odpowiednich parametrów narzędzi Terra Scan: a) Low points, Air points, Isolated points punkty, będące tzw. szumem zostaną sklasyfikowane do klasy 7 automatycznie z zastosowaniem makr. b) Grunt Punkty zostaną sklasyfikowane na podstawie odpowiedniego makra z wcześniejszym przetestowaniem parametrów w odniesieniu do ukształtowania terenu i charakteru pokrycia. Wyniki klasyfikacji automatycznej podlegają korekcie manualnej przez operatora. c) Stosuje się klasyfikację below surface w celu odfiltrowania szumów pod gruntem. d) Roślinność podlega odfiltrowaniu na podstawie wysokości od wcześniej przygotowanej klasy gruntu (algorytm tworzy w locie model trójkątowy dla gruntu). Klasyfikacja wegetacji podzielona jest na: punkty reprezentujące niską wegetację ( do 0,4m), punkty reprezentujące średnią wegetację (0,4-2m) oraz punkty reprezentujące wysoką wegetację (powyżej 2m), e) Zabudowa podlega filtracji na podstawie odpowiednio dobranego makro klasyfikacja automatyczna. Materiał jest dzielony na moduły archiwizacji.

48 4.1.2 Wewnętrzne procedury oceny jakości procesu Operator przeprowadza pierwszą ocenę skuteczności działania makr na podstawie plików statystyk. Określenie jakości procesu odbywa się również na podstawie oceny wizualnej gdzie za materiał referencyjny służy Numeryczny Model Terenu, Numeryczny Model Pokrycia Terenu w wersjach roboczych oraz dostępne materiały fotogrametryczne. 4.2 Generowanie NMT Opis procesu generowania NMT. Numeryczny model terenu jest generowany metodą interpolacji punktów zawartych w klasie gruntu do postaci GRID. Za materiał wejściowy do procesu służą chmury punktów. Operator dokonuje wizualnej oceny poprawności modelu. W obszarach o słabym odbiciu (gdzie brakuje punktów tj. wody, pokrycia dachowe niektórych budynków, gęsto porośnięty grunt) przeprowadza się interpolację na podstawie istniejących punktów co skutkuje wypełnieniem modelu. Interpolacja ta jest pochodną modelu trójkątowego stanowiącego podstawę do tworzenia modelu. NMT jest generowany w formacie ASCII, xyz, GRID IMG. Materiał jest dzielony na moduły archiwizacji Opis procesu kontroli NMT Numeryczny Model Terenu podlega kontroli wizualnej (materiał pomocniczy w postaci ortofotomapy, NMPT) i ewentualnej korekcie, pamiętając o powiązaniu informacyjnym zawartym w chmurze punktów. Operator dokonuje oceny kompletności danych. Oprócz oceny wizualnej operator przeprowadza kontrolę dokładności na podstawie punktów pomierzonych w terenie na utwardzonej powierzchni Ocena dokładności

49 Ocena dokładności NMT jest przeprowadzona na podstawie pomiarów terenowych. Wyniki (m): błąd średni -0, błąd min -0,074 błąd max 0,044 st.dev 0,

50 5. Wykonanie numerycznego modelu pokrycia terenu (NMPT) 5.1 Generowanie NMPT Opis procesu Jako dane źródłowe do generowania NMPT stosuje się punkty laserowe z pierwszego odbicia, należące do klas (wg formatu LAS): 1) punkty leżące na gruncie, 2) punkty reprezentujące niską wegetację, 3) punkty reprezentujące średnią wegetację, 4) punkty reprezentujące wysoką wegetację, 5) punkty reprezentujące budynki budowle oraz obiekty inżynierskie jak mosty, wiadukty, zapory, inne konstrukcje, 6) punkty reprezentujące obszary pod wodami (cieki, jeziora, stawy), 7) pozostałe punkty Wykonanie NMPT odbywa się z zastosowaniem programów Terra Scan i Terra Modeler. NMPT jest generowany w formacie ASCII xyz, GRID IMG. Operator dokonuje oceny kompletności danych Wewnętrzne procedury oceny jakości Numeryczny model pokrycia terenu podlega kontroli wizualnej (materiał pomocniczy w postaci ortofotomapy) i ewentualnej korekcie, pamiętając o powiązaniu informacyjnym zawartym w chmurze punktów.

51 6. Wykonanie ortofotomapy 6.1 Fotopunkty Rodzaj i rozmieszczenie osnowy polowej Liczba fotopunktów 19 Rodzaj fotopunktów Fotopunkty naturalne Lokalizacja fotopunktów Pas pokrycia pomiędzy zdjęciami Technologia pomiaru Fotopunkty pomierzone zostały metodą RTK-GPS z wykorzystaniem ogólnopolskiej sieci ASG-EUPOS, dzięki czemu możliwe są pomiary GPS wysokiej dokładności w krótkim czasie wykorzystywanie poprawek powierzchniowych. Współrzędne fotopunktów Nr X(1992) Y(1992) H(Kron86)

52 6.2 Aerotriangulacja Opis przebiegu prac Inicjacja projektu na stacji fotogrametrycznej: Zdefiniowanie zakresu obszarowego, wielkości pokrycia podłużnego/poprzecznego, liczby szeregów Wprowadzenie danych z metryki kamery Deklaracja dokładności fotopunktów i pomiaru na zdjęciach Pomiar znaczków tłowych i punktów osnowy fotogrametrycznej na zdjęciach Obliczenie współrzędnych tłowych pomierzonych punktów (orientacja wewnętrzna) Obliczenie elementów orientacji wzajemnej Wyrównanie aerotriangulacji Kontrola jakości Metoda pomiaru zdjęć Automatyczna z późniejszą korektą manualną Metoda wyrównania aerotriangulacji Metoda niezależnych wiązek Układ współrzędnych, w którym PUWG1992 przeprowadzono wyrównanie Liczba wykorzystanych zdjęć 164 Liczba wykorzystanych fotopunktów 19 Uzyskane dokładności pomiarów Rodzaj błędu Wartość przed wyrównaniem Wartość po wyrównaniu Błąd średni współrzędnych tłowych [ m]: mx,my MX[m] Błąd średni współrzędnych MY [m] fotopunktów MZ [m] Błąd średni środków rzutów Wartość dopuszczalna MX [m] MY [m] MZ [m] WNIOSKI: Uzyskane w wyniku równania wartości błędów pozwalają stwierdzić, iż wykonana aerotriangulacja jest poprawna i spełnia wymagania zawarte w wytycznych.

53 6.3 Opracowanie ortofotomapy Ortofotomapa została wykonana na podstawie aktualnych zdjęć cyfrowych, NMT I NMPT powstałych z lotniczego skaningu laserowego. Etapy procesu technologicznego, wykorzystane materiały 1. Ortorektyfikacja Materiały: Cyfrowe zdjęcia lotnicze (2) Dane z kalibracji kamery fotogrametrycznej (2) Elementy orientacji zewnętrznej (4) Numeryczny model terenu (5) 2. Edycja, mozaikowanie 3. Kontrola jakości Ortorektyfikacja zdjęć Terenowa wielkość piksela pierwotnego (zdjęć) 20cm Terenowa wielkość piksela wynikowego 25cm Układ współrzędnych ortoobrazów PUWG1992 Rodzaj kompresji Brak Format zapisu GeoTIFF Dodatkowe UWAGI - Edycja, Mozaikowanie 1. Korekcja radiometryczna zdjęć wyrównanie tonalne zdjęć źródłowych 2. Mozaikowanie: Liczba wykorzystanych zdjęć 164 Układ współrzędnych, w którym PUWG1992 przeprowadzono mozaikowanie Sposób utworzenia linii łączenia ( Linii szycia ) Automatyczny z manualną korektą zdjęć Ortofotomapa informacje szczegółowe Tryb zapisu Format zapisu Sposób podłączenia informacji o georeferencji RGB GeoTIFF Zarejestrowane w nagłówku Plik referencyjny tfw Rodzaj kompresji/stopień kompresji Brak oraz JPG Q=4 Rozdzielczość radiometryczna 8bit na kanał

54 6.4 Kontrola dokładności ortofotomapy - metryka Kontrola dokładności ortofotomapy obejmuje sprawdzenie: 1) Dokładności bezwzględnej wyrażonej przez błąd średni kwadratowy m orto (RMSE) 2) Wewnętrznej zgodności łączeń i styków Kontrola błędów geometrycznych ortofotomapy Metodologia przeprowadzonej kontroli Liczba wykorzystanych punktów kontrolnych 149 Rodzaj punktów kontrolnych Nowe punkty Dodatkowy pomiar w terenie punktów kontrolnych NIE Wyniki przeprowadzonej analizy dokładności na punktach kontrolnych Średni błąd kwadratowy m orto [m] Maksymalny średni błąd kwadratowy [m] Dopuszczalny średni błąd kwadratowy [m] Dopuszczalny maksymalny średni błąd kwadratowy [m] Załączniki Tabelaryczne zestawienie odchyłek na punktach kontrolnych pomiędzy ich położeniem na ortofotomapie a położeniem rzeczywistym Kontrola wewnętrznej zgodności ortofotomapy Kontrola linii łączenia ortoobrazów oraz styków pomiędzy ortofotomapami % ortofotomap poddanych analizie: 100% Niezgodności łączenia ortoobrazów Nie stwierdzono Rozbieżności w rejonach cięć sekcyjnych Nie stwierdzono Występowanie zniekształceń geometrycznych obiektów Nie stwierdzono wynikających z wpływu NMT Występowanie istotnych różnic tonalnych Nie stwierdzono